JP7229685B2

JP7229685B2 - ねじ装置

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Publication number: JP7229685B2
Application number: JP2018130811A
Authority: JP
Inventors: 和義望月; 徹也三浦; 竜史村松; 雄介轟木
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: TW202005779A; US11525498B2; CN112384718A; TWI813712B; DE112019003513T5; JP2020008112A; WO2020012894A1; CN112384718B; US20210277984A1

Description

本発明は、ねじ軸のねじ溝の剥離等の損傷を検出可能なねじ装置に関する。

ねじ装置は、ねじ軸と、ナットと、これらの間に介在するボール等の転動体と、を備える。ねじ軸には、ねじ溝が形成される。ナットには、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が形成される。転動体は、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝との間に転がり可能に介在する。ナットには、リターンパイプ等の循環部品が取り付けられる。ナットに循環部品を取り付けることで、ねじ装置に転動体を循環させる循環回路を形成することができる。

ねじ装置は、回転運動を直線運動に変換する機械要素として使用される。ねじ軸及びナットのいずれか一方を回転させると、ねじ軸及びナットの他方が直線運動する。ねじ装置を例えば射出成型機やプレス機に使用する場合、ねじ装置には大きな軸方向荷重が働く。大きな軸方向荷重が働く環境下でねじ装置を長期間使用すると、ねじ軸のねじ溝の表面に剥離等の損傷が発生する場合がある。ねじ軸のねじ溝の表面を転動体が繰り返し転がるからである。

ねじ軸のねじ溝の損傷を検出するねじ装置として、特許文献１には、ナットにねじ軸のねじ溝の変位を検出するセンサを取り付けたねじ装置が開示されている。特許文献１に記載の発明において、ねじ軸及びナットのいずれか一方を回転させると、センサがねじ軸の上方をねじ溝に沿って螺旋方向に移動する。ねじ軸のねじ溝に剥離等の損傷が発生すると、ねじ軸のねじ溝とセンサとの間の距離が変化する。このため、センサが損傷の上方を通過するときにセンサの出力値が変化する。したがって、ねじ軸のねじ溝の損傷を検出することができる。

特開２００４－１２２０９号公報

しかしながら、特許文献１の発明において、センサがナットの軸方向の端部に設けられ、センサがねじ軸の循環回路の外側のねじ溝の変位を検出する。このため、特にナット又はねじ軸の軸方向のストロークが小さい場合、ナットに隠れるねじ軸のねじ溝の損傷を検出しにくいという課題がある。ナットに隠れるこの部分の損傷は、目視でも確認しにくい。

そこで本発明は、ナットに隠れるねじ軸のねじ溝の損傷を高い確率で検出することができるねじ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ねじ溝を有するねじ軸と、前記ねじ軸の前記ねじ溝に対向するねじ溝を有するナットと、少なくとも２つの循環回路が形成されるように、前記ナットに取り付けられる少なくとも２つの循環部品と、少なくとも２つの循環回路それぞれに収容される複数の転動体と、前記ナットに設けられ、隣り合う前記循環回路間における前記ねじ軸の前記ねじ溝の変位を検出するセンサと、を備え、前記センサは、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ナットの前記ねじ溝に入る本体部を有する第１保持体と、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ねじ軸の前記ねじ溝に入る本体部を有する第２保持体との間に挟まれるねじ装置である。
本発明の他の態様は、ねじ溝を有するねじ軸と、前記ねじ軸の前記ねじ溝に対向するねじ溝を有するナットと、少なくとも２つの循環回路が形成されるように、前記ナットに取り付けられる少なくとも２つの循環部品と、少なくとも２つの循環回路それぞれに収容される複数の転動体と、前記ナットに設けられ、隣り合う前記循環回路間における前記ねじ軸の前記ねじ溝の変位を検出するセンサと、を備え、前記センサは、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ナットのねじ山の頂きに接する延長部を有する第１保持体と、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ナットの前記ねじ山の頂きに接する延長部を有する第２保持体との間に挟まれるねじ装置である。

本発明によれば、ねじ装置に少なくとも二つの循環回路を形成し、センサが隣り合う循環回路間におけるねじ軸のねじ溝の変位を検出するので、ナットに隠れるねじ軸のねじ溝の損傷を高い確率で検出することができる。また、ナットの循環回路間にセンサが配置される大きな貫通穴を開けなくも、センサをナットに取り付けることができる。

本発明の第１の実施形態のねじ装置の側面図である。図２（ａ）は循環部品を取り外した本実施形態のねじ装置の斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ部拡大図である。図３（ａ）はセンサを取り付けた本実施形態のねじ装置の斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部拡大図である。本発明の第２の実施形態のねじ装置の側面図である。本発明の第２の実施形態のねじ装置の循環部品の側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態のねじ装置を詳細に説明する。ただし、本発明のねじ装置は、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１の実施形態）

図１は本発明の第１の実施形態のねじ装置１０の側面図を示す。１はねじ軸、２はナット、３ａ，３ｂはこれらの間に介在する転動体としてのボール、４ａ，４ｂは循環部品としてのリターンパイプである。

ねじ軸１の外面には、螺旋状のねじ溝１ａが形成される。ねじ溝１ａの断面形状は、ゴシックアーチ状である。ボール３ａ，３ｂは、ねじ溝１ａ上を螺旋方向に転がり運動する。

ねじ軸１には、ボール３ａ，３ｂを介してナット２が組み付けられる。ナット２は、筒状である。ナット２の軸方向の一端部には、ナット２を相手部品に取りつけるためのフランジ２ｂが形成される。ナット２の内面には、ねじ軸１のねじ溝１ａに対向する螺旋状のねじ溝２ａが形成される。ねじ溝２ａの断面形状は、ゴシックアーチ状である。ボール３ａ，３ｂは、ねじ溝２ａ上を螺旋方向に転がり運動する。５ａ，５ｂは、ナット２の軸方向の端部に取り付けられるシール装置である。

ナット２には、少なくとも２つの循環部品４ａ，４ｂ（図１では２つの循環部品４ａ，４ｂ）が取り付けられる。循環部品４ａ，４ｂは、パイプをＵ字状に曲げたパイプ式の循環部品である。循環部品４ａの一端部６と他端部７は、ナット２に設けた貫通穴に挿入される。循環部品４ａの一端部６と他端部７は、ナット２のねじ溝２ａの一端部と他端部とに接続される。同様に、循環部品４ｂの一端部８と他端部９は、ナット２に設けた貫通穴に挿入され、ナット２のねじ溝２ａの一端部と他端部とに接続される。循環部品４ａ，４ｂは、ねじ等の締結部材１１によってナット２に取り付けられる。循環部品４ａと循環部品４ｂは、ナット２に軸方向に位置をずらして配置される。

ナット２に循環部品４ａ，４ｂを取り付けることで、ねじ装置１０には循環回路ｃ１，ｃ２が形成される。各循環回路ｃ１，ｃ２には、複数のボール３ａ，３ｂが収容される。各循環回路ｃ１，ｃ２は、ねじ軸１のねじ溝１ａとナット２のねじ溝２ａとの間の負荷路と、各循環部品４ａ，４ｂ内の無負荷路と、を備える。ナット２のねじ溝２ａの一端部まで転がったボール３ａは、循環部品４ａの一端部６に掬い上げられ、循環部品４ａ内の無負荷路を通過した後、循環部品４ａの他端部７からナット２の数巻き手前のねじ溝２ａの他端部に戻される。循環回路ｃ２でも同様である。

なお、図１の例では、ナット２の一条のねじ溝２ａに軸方向に位置をずらして２つの循環回路ｃ１，ｃ２を形成しているが、３以上の循環回路を形成することもできるし、ナット２の二条のねじ溝それぞれに軸方向に位置をずらして２以上の循環回路を形成することもできる。

図１に示すように、ナット２の隣り合う循環回路ｃ１，ｃ２間には、センサ１２が配置される。循環回路ｃ１，ｃ２内にセンサ１２を配置すると、センサ１２がボール３ａ，３ｂに衝突する。このため、センサ１２を循環回路ｃ１，ｃ２の外側に隣り合う循環回路ｃ１，ｃ２間に配置する。ナット２の軸方向の端部には、センサ１２は配置されない。

センサ１２は、渦電流式変位センサである。センサ１２は、ねじ軸１のねじ溝１ａの変位、すなわちセンサ１２からねじ軸１のねじ溝１ａまでの距離を検出する。センサ１２からねじ溝１ａまでの距離が近づくにつれ渦電流損失が大きくなり、それに伴い発信振幅が小さくなる。センサ１２は、この発信振幅を整流して直流電圧を出力する。整流された直流電圧と距離とは略比例する。このため、センサ１２が出力する直流電圧からセンサ１２からねじ溝１ａまでの距離を検出することができる。

ねじ軸１のねじ溝１ａに剥離（ねじ溝１ａの表面の剥がれ）、噛込み疵（ねじ溝１ａとボール３ａ，３ｂとの間で異物を噛み込むことにより発生する疵）等の損傷が発生すると、センサ１２が損傷の上方を通過するとき、センサ１２が出力する直流電圧が変化する。このため、ねじ溝１ａの損傷を検出することができる。センサ１２が出力する直流電圧は、図示しないセンサ１２のアンプ部やＩＣ回路によってデジタルの変位情報に変換される。

センサ１２が出力する変位情報は、故障診断装置１４に入力される。故障診断装置１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ、インタフェース等を備えるコンピュータである。故障診断装置１４は、センサ１２が出力する変位情報を所定の閾値と比較して損傷の有無を判断する。なお、故障診断装置１４は、センサ１２の変位情報を機械学習して損傷の有無を判断することもできるし、センサ１２の変位情報を人口知能を用いた深層学習（ディープラーニング）して損傷の有無を判断することもできる。損傷が発生した場合、故障診断装置１４は、ＬＡＮ、インターネット回線等の通信手段１５を介してオペレータ１６に損傷の発生を知らせる。

故障診断装置１４は、ねじ装置１０の近傍に配置することもできるし、クラウド上に配置することもできる。すなわち、ＩｏＴを導入し、送信機によってセンサ１２の変位情報をＬＡＮ、インターネット回線等の通信手段１５を介してクラウドに送信し、クラウド上に設けた故障診断装置１４によって損傷の有無を判断することもできる。

図２は、ねじ装置１０の分解斜視図であり、図３は、センサ１２を取り付けたねじ装置１０の斜視図である。２１はセンサ１２のコード、２２はセンサ１２のヘッド、３１は第１保持体、３２は第２保持体である。ナット２には、循環部品の両端部が挿入される貫通穴が形成される。図２のナット２には、６個の貫通穴２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂが示されていて、図２のナット２には、３つの循環部品が取り付けられる。センサ１２は、ナット２の隣り合う循環回路間に配置される。

図３（ｂ）に示すように、ヘッド２２は、ねじ軸１のねじ溝１ａとナット２のねじ溝２ａとの間に配置される。ヘッド２２は、ねじ溝１ａの一方の壁面１ａ１に向けられて、一方の壁面１ａ１の変位を検出する。ねじ軸１のねじ溝１ａには、２つの壁面１ａ１，１ａ２が存在する。射出成型機やプレス機にねじ装置１０を使用する場合、主にねじ軸１のねじ溝１ａの一方の壁面１ａ１に大きな軸方向荷重が働く。このため、ヘッド２２は、ねじ軸１の一方の壁面１ａ１の変位を検出すればよい。

図２（ｂ）に示すように、第１保持体３１は、板状であり、本体部３１ａと、延長部３１ｂと、を備える。本体部３１ａには、ヘッド２２に形状を合わせた略半円筒状の保持面３１ａ１が形成される。延長部３１ｂには、第１保持体３１をナット２に取り付けるためのねじ等の締結部材３４が螺合するねじ穴が形成される。第２保持体３２は、第１保持体３１と略同一形状であり、第１保持体３１を上下反転させた形状である。第２保持体３２も第１保持体３１と同様に、本体部３２ａと、延長部３２ｂと、を備える。本体部３２ａには、ヘッド２２に形状を合わせた略半円筒状の保持面３２ａ１が形成される。

図３（ｂ）に示すように、第１保持体３１と第２保持体３２は締結部材３４，３５によってナット２の内面に取り付けられる。ナット２の内面に取り付けた状態で、第１保持体３１の延長部３１ｂは、ナット２のねじ山に接し、本体部３１ａはナット２のねじ溝２ａに入る。同様に、第２保持体３２の延長部３２ｂは、ナット２のねじ山に接し、本体部３２ａはねじ軸１のねじ溝１ａに入る。ヘッド２２は、第１保持体３１と第２保持体３２との間に挟まれる。ヘッド２２は、接着剤によって第１保持体３１と第２保持体３２に固定される。センサ１２のコード２１は、ナット２の循環回路間の貫通穴３７からナット２の外部に取り出される。

以上に本実施形態のねじ装置１０の構成を説明した。本実施形態のねじ装置１０によれば、以下の効果を奏する。

ねじ装置１０に少なくとも二つの循環回路ｃ１，ｃ２を形成し、センサ１２が隣り合う循環回路ｃ１，ｃ２間におけるねじ軸１のねじ溝１ａの変位を検出するので、ナット２に隠れるねじ軸１のねじ溝１ａの損傷を高い確率で検出することができる。

センサ１２をナット２の隣り合う循環回路ｃ１，ｃ２間に配置するので、ナット２をコンパクトにすることができる。

センサ１２をナット２の内面に取り付けられる第１保持体３１とナット２の内面に取り付けられる第２保持体３２との間に挟むので、ナット２の循環回路ｃ１，ｃ２間にセンサ１２が配置される大きな貫通穴を開けなくも、センサ１２をナット２に取り付けることができる。

センサ１２が渦電流式変位センサであるので、ねじ軸１のねじ溝１ａ上の潤滑剤の影響を受けずに、ねじ軸１のねじ溝１ａの変位を検出することができる。
（第２の実施形態）

図４は、本発明の第２の実施形態のねじ装置の側面図を示す。１はねじ軸、２はナット、３ａ，３ｂは転動体としてのボール、４ａ，４ｂは循環部品としてのリターンパイプ、１２はセンサである。ねじ軸１、ナット２、ボール３ａ，３ｂ、循環部品４ａ，４ｂ、センサ１２の構成は、第１の実施形態と同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。

第１の実施形態では、センサ１２が第１保持体３１と第２保持体３２との間に挟まれるのに対し、第２の実施形態では、センサ１２を保持する保持部４１が循環部品４ａに取り付けられる。

図５は循環部品４ａの側面図を示す。循環部品４ａの腹部（中央部）には、保持部４１が設けられる。保持部４１は、樹脂の成形等により循環部品４ａと一体に形成することもできるし、締結部材によって循環部品４ａに取り付けることもできる。保持部４１には、センサ１２が保持される。ナット２には、保持部４１に形状を合わせた穴が開けられる。保持部４１は、ナット２のこの穴に嵌められる。循環部品４ａは締結部材によってナット２に着脱可能である。センサ１２は循環部品４ａと共にナット２に着脱可能である。センサ１２がねじ軸１のねじ溝１ａの変位を検出するのは第１の実施形態と同一である。

第２の実施形態のねじ装置によれば、センサ１２を保持する保持部４１を循環部品４ａに取り付けるので、センサ１２をナット２に容易に取り付けることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。

上記実施形態では、センサによってねじ軸の剥離、噛込み等の損傷を検出しているが、ねじ軸の摩耗、傾き等も検出することができる。

上記実施形態では、センサに円筒形のヘッドを持つ渦電流式変位センサを使用しているが、平面コイルと専用ＩＣを基板に搭載した渦電流式変位センサを使用することもできる。

上記実施形態では、ナットの隣り合う循環回路間にセンサを配置し、ナットの軸方向の端部にセンサを配置していないが、ねじ軸のねじ溝の損傷を検出する確率を高くするために、ナットの軸方向の端部にもセンサを配置することもできる。

上記実施形態では、循環部品にパイプ式の循環部品を使用しているが、デフレクタ式の循環部品を使用することもできる。デフレクタ式の循環部品は、ナットのねじ溝の一端部まで転がったボールを、ねじ軸のねじ山を乗り越えさせて一巻き手前のナットのねじ溝に戻す。

１…ねじ軸、１ａ…ねじ軸のねじ溝、２…ナット、２ａ…ナットのねじ溝、３ａ，３ｂ…ボール（転動体）、４ａ，４ｂ…循環部品、１０…ねじ装置、１２…センサ、３１…第１保持体、３２…第２保持体、４１…保持部、ｃ１，ｃ２…循環回路

Claims

ねじ溝を有するねじ軸と、
前記ねじ軸の前記ねじ溝に対向するねじ溝を有するナットと、
少なくとも２つの循環回路が形成されるように、前記ナットに取り付けられる少なくとも２つの循環部品と、
少なくとも２つの循環回路それぞれに収容される複数の転動体と、
前記ナットに設けられ、隣り合う前記循環回路間における前記ねじ軸の前記ねじ溝の変位を検出するセンサと、を備え、
前記センサは、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ナットの前記ねじ溝に入る本体部を有する第１保持体と、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ねじ軸の前記ねじ溝に入る本体部を有する第２保持体との間に挟まれるねじ装置。
ねじ溝を有するねじ軸と、
前記ねじ軸の前記ねじ溝に対向するねじ溝を有するナットと、
少なくとも２つの循環回路が形成されるように、前記ナットに取り付けられる少なくとも２つの循環部品と、
少なくとも２つの循環回路それぞれに収容される複数の転動体と、
前記ナットに設けられ、隣り合う前記循環回路間における前記ねじ軸の前記ねじ溝の変位を検出するセンサと、を備え、
前記センサは、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ナットのねじ山の頂きに接する延長部を有する第１保持体と、前記ナットの内面に取り付けられ、前記ナットの前記ねじ山の頂きに接する延長部を有する第２保持体との間に挟まれるねじ装置。
前記センサは、前記ナットの隣り合う前記循環回路間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のねじ装置。
前記センサは、渦電流式変位センサであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のねじ装置。